KR20180107194A - 양자점 물질들의 디스펜싱 방법 - Google Patents

양자점 물질들의 디스펜싱 방법 Download PDF

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KR20180107194A
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데이비드 프랜시스 도슨-엘리
펠리페 미구엘 주스
그레고리 윌리엄 키스
제임스 에드워드 맥기니스
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

양자점 함유 물질을 웰 내에 디스펜싱하는 방법으로서, 상기 방법은 잉크젯을 이용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계를 포함하고, 상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 4 내지 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작된다. 다른 방법들은 웰 내에 양자점 함유 물질을 디스펜싱하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 잉크젯을 이용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계; 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화에 의하여 고정하는 단계; 및 소정 두께가 얻어질 때까지 이들 단계들을 정수인 N회 반복하는 단계를 포함한다.

Description

양자점 물질들의 디스펜싱 방법
본 개시 내용은 대체로 밀봉된 장치들에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 양자점(quantum dot) 물질들을 포함하는 밀봉된 장치들과 그러한 양자점 물질들을 디스펜싱하는 방법들에 관한 것이다.
<관련 출원들의 상호 참조>
본 출원은 2016년 1월 28일에 제출된 미합중국 임시출원 제62/288187호의 35 U.S.C. ㄷ119 하의 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원의 내용 전체는 여기에 인용되어 통합된다.
밀봉된 유리 패키지들과 케이싱들은 일관된 동작을 위한 밀폐된 환경의 혜택을 받을 수 있는 전자 제품들이나 다른 장치들의 응용에 대하여 점점 더 인기를 얻고 있다. 밀폐형 패키지의 혜택을 받을 수 있는 예시적인 장치들은 텔레비전, 센서류, 광학 장치류, 유기발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이류, 3D 잉크젯 프린터류, 레이저 프린터류, 솔리드-스테이트 광원류, 및 광전지 구조물들을 포함한다. 예를 들면, OLED 또는 양자점들(quantum dots, QDs)을 포함하는 디스플레이들은 대기 조건들에서 이러한 물질들이 분해될 가능성을 예방하기 위하여 밀봉된 밀폐형 패키지들을 요구할 수 있다.
이들 패키지들은 양자점들과 같은 색상 변환 물질들을 포함하는 웰 또는 웰들의 플레이트(plate)를 통상적으로 포함한다. 통상적으로, 웰들 및/또는 웰 플레이트들을 채우는 것은 니들(needle)을 통해 물질을 스트림으로서 디스펜싱함으로써 또는 압전 스택을 사용하거나 공압적으로 활성화된 기계적 밸브들로 수많은 큰 액적들(예를 들면 약 0.3 마이크로리터, μL)을 퇴적시킴으로써 수행된다. 이러한 방법들에 의하여 디스펜싱할 때 몇 가지 문제들이 발생한다. 우선, 니들을 통하여 디스펜싱할 때, 디스펜싱되는 물질은 니들의 팁에 머무는 경향이 있고, 따라서 디스펜싱되는 물질의 총량은 니들 팁에 잔존하는 양에 의하여 달라지는데, 이는 전체 디스펜싱되는 물질의 상당한 부분일 수 있다(앞선 예에서는, 대체로 전체 3 μL의 약 5%). 이러한 가변성은 이송 펌프에 의해 제공되는 변동성에 더 추가된다. 따라서, 밀봉된 장치의 캐비티 또는 웰 내에 양자점 물질들을 더욱 효율적이고 효과적으로 디스펜싱할 수 있는 방법에 대한 필요가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 문제를 극복하는 것이다.
본 개시 내용은, 다양한 실시예들에서, 웰 내에 양자점 함유 물질을 디스펜싱하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 잉크젯을 이용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계를 포함하고, 상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 4 내지 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화에 의하여 고정화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질은 수지 내에 포함된 복수의 양자점들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 조합들로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양자점을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 디스펜싱된 양자점 물질의 표면을 조면화하거나 줄무늬(striation)들을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 양자점 함유 물질을 웰 내에 디스펜싱하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 잉크젯을 사용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계; 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화함으로써 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 고정하는 단계; 소정 두께가 얻어질 때까지 이들을 정수인 N회 반복하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 4 내지 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작될 수 있다. 상기 정수 N은 1보다 클 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 조합들로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양자점을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 디스펜싱된 양자점 물질의 표면을 조면화하거나 줄무늬(striation)들을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에 있어서, 웰들의 어레이를 갖는 제 1 기재를 제공하는 단계; 상기 어레이의 하나 이상의 웰들 내에 양자점 함유 물질을 디스펜싱하는 단계; 상기 어레이의 하나 이상의 웰들을 밀폐적으로 씰링하는 단계; 및 씰링된 장치를 형성하기 위하여 상기 어레이로부터 하나 이상의 웰들을 분리하는 단계를 포함하는 씰링된 장치의 제조 방법이 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 웰들의 어레이를 갖는 제 1 기재를 제공하는 단계는 상기 웰들의 어레이를 형성하기 위하여 상기 제 1 기재를 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 양자점 함유 물질을 디스펜싱하는 단계는 잉크젯을 이용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계; 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화에 의하여 고정하는 단계; 및 소정 두께가 얻어질 때까지 이들 단계들을 정수인 (예를 들면, 1보다 크거나 같은) N회 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 4 내지 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 밀폐적으로 씰링하는 단계는 씰링 인터페이스를 형성하기 위하여 제 1 기재의 제 2 표면과 제 2 기재의 제 1 표면을 접촉시키는 단계; 및 상기 제 1 기재 및 상기 제 2 기재 사이에 씰링을 형성하기 위하여 소정 파장으로 동작하는 레이저 빔을 상기 씰링 인터페이스 위로 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 조합들로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양자점을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 기재, 상기 제 2 기재, 또는 이들 둘 모두는 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리-보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 및 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리들 중에서 선택된 유리를 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 제 3 표면을 포함하고 적어도 하나의 LED 구성 부품을 수용하는 적어도 하나의 캐비티를 갖는 제 3 기재 위에 씰링된 상기 장치를 배치하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 캐비티의 주위에 연장되는 또 다른 씰링을 형성하기 위하여 상기 씰링된 장치를 상기 제 3 기재에 씰링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 소정 파장의 광을 필터링하기 위하여 하나 이상의 필름들을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 필름들은 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 교대되는 필름들을 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 추가적인 장점들 및 특징들은 이어지는 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 당 기술 분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 것이며, 첨부된 도면들 뿐만 아니라, 청구항들 및 이어지는 상세한 설명을 포함하여 여기에 개시된 바와 같은 방법들을 실시함으로써 인식될 것이다.
앞의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 모두 본 개시 내용의 다양한 실시예들을 제공하고, 청구항의 성질과 특성을 이해하기 위한 개관 또는 골자를 제공하는 것이 의도됨이 이해되어야 한다. 첨부 도면들은 본 개시 내용에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 부분을 구성하며 본 명세서에 통합된다. 도면들은 본 개시 내용의 다양한 실시예들을 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 개시 내용의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
다음의 상세한 설명은 다음의 도면들과 함께 읽으면 다 잘 이해될 것이다. 다음의 도면들에서, 가능한 경우, 동일한 번호들은 동일한 요소들을 지칭하기 위하여 사용된다.
도 1은 발광 다이오드(light emitting diode, LED)를 포함하는 캐비티에 인접하여 배치된 양자점 필름의 단면도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 본 개시 내용의 특정 실시예들에 따른 밀봉된 장치들의 단면들을 나타낸다.
도 3은 일부 실시예들을 나타낸다.
도 4는 예시적인 잉크젯 공정을 위한 공정 윈도우의 맵이다.
도 5는 웰 내에 디스펜싱된 패턴의 이미지이다.
도 6은 상이한 퇴적 및 경화 처리들을 겪은 세 개의 웰들을 가로지르는 UV-경화된 수지 두께의 프로파일이다.
유리, 유리-세라믹, 및/또는 세라믹 기판들로부터 선택된 적어도 두 개의 기재들을 포함하는 밀봉된 장치들이 여기에 개시된다. 예시적인 밀봉된 장치들은, 예를 들면, 양자점들을 봉지하는 밀봉된 장치들, LED들, 레이저 다이오드들(laser diodes, LDs), 및 다른 발광 구조물들을 포함할 수 있다. 이러한 밀봉된 구성 부품들을 포함하는 디스플레이 및 광학 장치들도 여기에 개시된다. 텔레비전류, 컴퓨터류, 핸드헬드 장치들, 시계류 등과 같은 디스플레이류는 색상 변환자로서 양자점들(quantum dots, QDs)을 포함하는 백라이트를 포함할 수 있다. 예시적인 광학 장치들은 바이오 센서들을 포함하는 센서류, 시계류, 및 여기에 설명된 실시예들을 포함하도록 구성된 다른 장치들을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, QD들은, 예를 들면, 유리 튜브, 모세관, 또는 시트, 예컨대 양자점 증진 필름(quantum dot enhancement film, QDEF) 또는 칩렛(chiplet)과 같은 밀봉된 장치 내에 패키지화될 수 있다. 이러한 필름들 또는 장치들은 녹색 및 적색 방출 양자점들과 같은 양자점들로 채워질 수 있으며, 상기 필름들 또는 장치들의 주위를 둘러싸며 및/또는 양 단부들이 밀봉될 수 있다. QD들의 온도 민감성 때문에, 양자점 물질을 이용하는 백라이트들은 광원, 예컨대 LED와 양자점 물질 사이의 직접적인 접촉이 회피된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 QD들 또는 QD 함유 물질(105)을 포함하는 밀봉된 장치(101)는 종종 별도의 구성 부품으로서 백라이트 스택 내에, 예를 들면 LED(103)에 근접하여, 그러나 혹독한 조건들이 QD들 또는 QD 함유 물질(105)을 손상시키는 것을 방지하도록 충분한 거리를 두고서 (예를 들면 약 140℃까지의 온도 및 약 100 W/cm2까지의 광방출 플럭스) 배치되어 포함된다. 예를 들면, 상기 밀봉된 장치(101)는 LED(103)를 포함하는 하나 이상의 캐비티들(109)을 포함하는 제 1 기재(107)에 근접하여 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 밀봉된 장치(101)는 하부 기재에 밀폐적으로 밀봉된 상부 기재를 포함할 수 있으며, 이들 둘은 상기 QD들 또는 QD 함유 물질(105)을 포함하는 인클로저(enclosure)를 형성한다. 그런 다음 본 패키지 또는 칩렛은 하부에 있는 제 1 기재(107)과 밀봉될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 이러한 실시예는 LED(103)를 포함하고 제 1 기재(107) 내에 형성된 웰의 벽들에 위치될 수도 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 하나 이상의 렌즈들(미도시)이 상기 칩렛 또는 밀봉된 장치(101)의 LED(103)쪽 반대면 위에 제공될 수 있다.
다음의 일반적인 설명은 예시적인 양자점 장치들과 그의 제조 방법들에 대한 개관을 제공하는 것이 의도되며, 다양한 실시예들은 본 개시 내용을 통하여 비제한적인 예들을 참조하여 더욱 구체적으로 논의될 것이며, 이러한 실시예들은 본 개시 내용의 맥락 내에서 서로 상호교환될 수 있다. "제 1" 기재, "유리" 기재, 또는 "제 1 유리" 기재에 대한 개시 내용을 통하여 이루어지는 참조들, 이들 표시들은 동일한 기재를 지칭하기 위하여 상호 교환 가능하게 사용된다. 유사하게, "제 2" 기재, "무기" 기재, "도핑된 무기" 기재, 또는 "제 2 무기" 기재에 대한 개시 내용을 통하여 이루어지는 참조들, 이들 표시들은 동일한 기재를 지칭하기 위하여 상호 교환 가능하게 사용된다.
장치들
밀봉된 장치(200)의 비제한적인 두 실시예들의 단면도들이 도 2a 및 도 2b에 도시된다. 상기 밀봉된 장치(200)는 제 1 유리 기재(201) 및 적어도 하나의 캐비티(209)를 포함하는 제 2 무기 기재(207)을 포함한다. 상기 적어도 하나의 캐비티(209)는 적어도 하나의 양자점(205)을 수용할 수 있다. 또한 상기 적어도 하나의 캐비티(209)는 적어도 하나의 LED 구성 부품(203)을 수용할 수 있다. 상기 제 1 기재(207) 및 상기 제 2 기재(201)는 적어도 하나의 씰(seal)(211)에 의하여 함께 결합될 수 있다. 상기 씰은 상기 적어도 하나의 캐비티(209) 주위로 연장될 수 있다. 선택적으로, 상기 씰은 둘 이상의 캐비티들(도시되지 않음)의 군과 같이 둘 이상의 캐비티들 주위로 연장될 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 하나 이상의 렌즈들(도시되지 않음)이 상기 제 1 유리 기재(201)의 LED(203) 쪽의 반대쪽 면 위에 제공될 수 있다. 상기 LED(203)는 지름이나 길이에 있어서 임의의 크기를 가질 수 있으며, 예를 들면, 약 100 마이크로미터 (㎛) 내지 약 1 밀리미터 (mm), 약 200 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 800 ㎛, 약 400 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 350 ㎛ 내지 약 400 ㎛ 및 이들 사이의 임의의 서브 범위들일 수 있다. 또한 상기 LED(203)는 높은 플럭스 또는 낮은 플럭스를 제공할 수 있으며, 예를 들면, 높은 플럭스를 목적으로 상기 LED(203)는 20 W/cm2 이상으로 방출할 수 있다. 낮은 플럭스를 목적으로 상기 LED(203)는 20 W/cm2 미만으로 방출할 수 있다.
도 2a에 도시된 비제한적인 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 LED 구성 부품(203)은 상기 적어도 하나의 양자점(205)과 직접 접촉할 수 있다. 여기서 사용될 때 용어 "접촉"은 열거된 두 요소들 사이의 직접적인 물리적 접촉 또는 상호작용을 가리키는 것이 의도된다. 예를 들면, 상기 양자점과 상기 LED 구성 부품은 상기 캐비티 내에서 서로 물리적으로 상호작용할 수 있다. 도 2b에 도시된 비제한적인 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 LED 구성 부품(203)과 상기 적어도 하나의 양자점(205)은 동일한 캐비티 내에 존재할 수 있으나 예컨대 분리 장벽 또는 필름(213)에 의하여 분리된다. 비교하여 보면, 별도의 밀봉된 모세관들 또는 시트들 내의, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 QDEF 내의 양자점들은 상기 LED와 직접 상호작용할 수 없으며, 상기 LED를 갖는 캐비티 내에 위치하지도 않는다.
도 2c에 도시된 비제한적인 실시예에 있어서, 밀봉된 장치(200)는 적어도 하나의 LED 구성 부품(203), 제 1 기재(201), 제 2 기재(207), 및 제 3 기재(215)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 기재(201) 및 제 3 기재(215)는 상기 적어도 하나의 양자점(205)을 수용하는 둘러싸여지고 봉지된 영역(219) 또는 캐비티를 형성하는, 밀폐적으로 밀봉된 패키지 또는 장치(216)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 밀폐적으로 밀봉된 패키지 또는 장치(216)는 하이 패스 필터로 작용하는 필름들 및 로우 패스 필터로 작용하는 필름들, 또는 소정 파장의 빛을 필터링하기 위하여 제공되는 필름들과 같은 하나 이상의 필름들(217a, 217b)도 포함할 것이다. 그러나 여기에 한정되는 것은 아니다. 이러한 밀폐적으로 밀봉된 패키지들 또는 장치들(216)을 제조하기 위한 방법들과 봉지된 영역(219) 내에 양자점 함유 물질(205)을 디스펜싱하기 위한 방법들이 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 LED 구성 부품(205)은 소정 거리 "d" 만큼 상기 적어도 하나의 양자점(205)으로부터 이격될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정 거리는 약 100 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 소정 거리는 약 50 ㎛ 내지 약 2 mm, 약 75 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 90 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 및 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정 거리는 상기 LED 구성 부품(203)의 상부 표면으로부터 상기 적어도 하나의 양자점(205)을 수용하는 상기 둘러싸여지고 봉지된 영역(219)의 중심선까지로 측정된다. 물론, 상기 소정 거리는 상기 적어도 하나의 양자점(205)을 수용하는 상기 둘러싸여지고 봉지된 영역(219)의 임의의 부분까지, 예를 들면 상기 적어도 하나의 양자점(205)과 마주하는 상기 제 3 기재(215)의 상부 표면까지, 상기 적어도 하나의 양자점(205)과 마주하는 상기 제 1 기재(201)의 하부 표면까지, 또는 상기 밀폐적으로 밀봉된 패키지 또는 장치(216) 내에 존재할 수 있는 필름들 또는 필터들(217a, 217b) 중 임의의 하나에 의하여 형성된 표면까지 측정될 수도 있다. 그러나 이들에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 예시적인 필름들은 예시적인 LED 구성 부품(203)으로부터 방출된 청색광이 일 방향으로 상기 장치(216)를 벗어나는 것을 방지하는 필터(217a) 및/또는 적색광(또는 여기된 양자점 물질에 의해 방출되는 다른 광)이 제 2 방향으로 상기 장치(216)를 벗어나는 것을 방지하는 다른 필터(217b)를 포함한다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 상기 장치(200)는 제 2 기재(207) 및/또는 다른 기재들에 의해 형성된 웰 또는 다른 인클로저 내에 수용된 하나 이상의 LED 구성 부품들(203)을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 LED 구성 부품들에 밀접하게 근접하는(예를 들면 위에서 논한 바와 같은 소정 거리), 밀폐적으로 밀봉된 패키지 또는 장치(216)는 상기 제 2 기재(207)에 고정 또는 밀봉될 수 있으며, 제 3 기재(215)와 밀폐적으로 밀봉되어 단일 파장 양자점 물질(205)을 수용하는 봉지된 영역(219)을 형성하는 제 1 기재(201)를 포함할 수 있다. 상기 단일 파장 양자점 물질(205)은 상기 하나 이상의 LED 구성 부품들(203)로부터 방출되는 광에 의하여 여기되었을 때 적외선 파장, 근적외선 파장, 또는 소정 스펙트럼(예를 들면, 적색)의 광을 방출할 수 있다. 상기 양자점 물질(205)은 상기 LED 구성 부품(203)으로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 상기 장치(200)의 상부 표면을 통하여 방출되는 청색광을 필터링하기 위하여 상기 제 1 기재(201)의 바닥 (또는 상부) 표면 위에 제 1 필터(217a)가 제공될 수 있으며, 상기 제 3 기재(215)의 바닥 표면을 벗어나는 것에서 양자점 물질로부터 나오는 여기된 광을 필터링하기 위하여 상기 제 3 기재(215)의 상부 (또는 바닥) 표면 위에 제 2 필터(217b)가 제공될 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 청색광을 필터링하기 위하여 상기 제 2 기재(215)의 바닥 표면 위에 필터(217c)가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 필터들(217a, 217b, 217c)은 단독으로든 결합되어서든 이들의 광학적 성질들을 위하여 선택된 복수의 박막층들을 포함할 수 있다. 특히, 예시적인 필터들(217a, 217b, 217c)은 청색 LED 광이 상기 장치(200)에 인접한 도광판으로부터 나오는 것을 허용하도록 청색 파장에 대하여 높은 투과율을 갖도록 설계될 수 있다. 또한 이러한 필터들은 상기 양자점 물질(205)로부터 나오는 광이 도광판 내부로 후면 반사(backreflection)되는 것을 감소시키기 위하여 적색 및 녹색 파장들에 대하여 높은 반사도를 가질 수 있다. 전형적인 하나의 로우 패스 필터(217a, 217b, 217c)는 고굴절률 및 저굴절률 물질들의 다중층들로 제조된 박막 스택을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전형적인 필터는 적절한 고굴절률 물질 및 적절한 저굴절률 물질이 교대되는 다중층들을 포함한다. 전형적인 고굴절률 물질들은, Nb2O5, Ta2O5, TiO2, 및 이들의 복합 산화물들을 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 전형적인 저굴절률 물질들은, SiO2, ZrO2, HfO2, Bi2O3, La2O3, Al2O3, 및 이들의 복합 산화물들을 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다.
전형적인 필터 실시예들은 측면 발광(side lit) 또는 직접 발광(direct lit) 도광판과 인접하는 QD 물질 사이, 즉, 상기 QD 물질과 도광판들의 중간에서, 또는 도 2b 및 도 2c를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 2c를 계속하여 참조하면, 전형적인 필터(217c)는 상기 패키지 밖으로 광을 지향시키는 효율을 개선할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 로우 패스 필터를 위한 다른 위치는 UV 흡수 물질이 간섭 필터도 되도록 커버 유리(예를 들면 제 2 기재(215))의 상부일 수 있다. 특히, 고굴절률 물질로서 사용된 물질이 여기에서 설명되는 레이저 웰딩 공정을 가능하게 하기에 충분한 UV를 흡수한다. 이들 전형적인 물질의 층들은 스퍼터링, 플라스마-강화 화학 기상 증착 등과 같은 본 기술 분야에 알려진 임의의 수의 박막 방법들에 의하여 퇴적될 수 있다. 상기 필름 또는 층은 도광판 또는 기재 위에 직접 또는 광학 투명 접착제에 의하여 부착되는 별도의 층으로서 퇴적될 수 있다. 이러한 필터들을 갖는 여기에 설명된 실시예들은 (1) 더 높은 전방 광 출력을 가져와 상기 장치(200) 또는 도광판의 전체 휘도(brightness)를 증가시키고, (2) 양자점 변환 효율을 개선하여 더 적은 양자점 물질을 사용하는 것을 가능하게 하며, 그리고 (3) 제조의 편의를 위해 통상적인 박막 처리 기술에 의존할 수 있음이 발견되었다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 기재(201), 제 2 기재(207), 및/또는 제 3 기재(215)는 유리 기판들로부터 선택될 수 있으며, 디스플레이 및 다른 전자 장치들에 사용되기 위해 본 기술 분야에 알려진 임의의 유리를 포함할 수 있다. 적절한 유리들은 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리-보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 알칼리-알루미노보로실리케이트, 및 다른 적절한 유리들을 포함할 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 다양한 실시예들에 있어서, 이들 기재들은 화학적으로 강화되거나 및/또는 열적으로 단련될(tempered) 수 있다. 상용으로 입수 가능한 적절한 기재들의 비제한적인 예들은, 몇 가지 예만 들자면, 코닝사(Corning Inc.)에서 나온 EAGLE XGㄾ, LotusTM, IrisTM, Willowㄾ, 및 Gorillaㄾ 유리들을 포함한다. 이온 교환에 의하여 화학적으로 강화된 유리들은 비제한적인 일부 실시예들에 따른 기재들로서 적합할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 유리 기재들(201, 207, 215)은 약 100 MPa보다 더 큰 압축 응력을 가질 수 있고, 약 10 마이크로미터보다 더 큰 압축 응력의 층 깊이(depth of layer of compressive stress, DOL)를 가질 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 유리 기재는 약 500 메가파스칼(MPa)보다 더 큰 압축 응력을 가질 수 있고, 약 20 마이크로미터보다 더 큰 압축 층 깊이(depth of compressive layer, DOL)를 가질 수 있다. 또는 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 유리 기재는 약 700 MPa보다 더 큰 압축 응력을 가질 수 있고, 약 40 마이크로미터보다 더 큰 DOL을 가질 수 있다. 비제한적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 유리 기재는 약 3 mm 이하의 두께를 가질 수 있고, 예를 들면, 약 0.1 mm 내지 약 2.5 mm, 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1 mm의 범위일 수 있고, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다.
다양한 실시예들에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 유리 기재들은 투명하거나 또는 실질적으로 투명할 수 있다. 여기서 사용될 때, "투명한"의 용어는 상기 기재가, 대략 1 mm의 두께에서, 가시광 영역의 스펙트럼(예를 들면, 400 nm 내지 700 nm)에서 약 80%를 넘는 광투과도를 갖는 것을 가리키는 것이 의도된다. 예를 들면, 전형적인 투명 기재는 가시광 영역에서 약 95% 초과, 또는 약 95% 초과와 같이 약 85%보다 더 큰 광투과도를 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 전형적인 유리 기재는 자외광(ultraviolet, UV) 영역(200-400 나노미터, nm),에서 약 50% 이상의 투과도를 가질 수 있고, 예를 들면 약 55% 이상, 약 60% 이상, 약 65% 이상, 약 70% 이상, 약 75% 이상, 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상, 또는 약 99% 이상의 투과도를 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 제 2 기재(207)는 유리의 열전도도보다 더 큰 열전도도를 갖는 무기 기재들과 같은 무기 기재들로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 적절한 무기 기재들은 약 2.5 W/m-K 이상(예컨대, 약 2.6, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100 W/m-K 이상)과 같은, 예를 들면 약 2.5 W/m-K 내지 100 W/m-K의 범위의 비교적 높은 열전도도를 갖는 것들을 포함할 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 무기 기재의 열전도도는 100 W/m-K 이상일 수 있으며, 예를 들면, 약 100 W/m-K 내지 약 300 W/m-K(예를 들면, 약 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 또는 300 W/m-K 이상)의 범위일 수 있고, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 무기 기재는 세라믹 기재를 포함할 수 있으며, 상기 세라믹 기재는 세라믹 또는 유리-세라믹 기재들을 포함할 수 있다. 비제한적인 실시예에 있어서, 상기 제 2 기재(207)는 몇 가지 예만 들자면 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 베릴륨 산화물, 붕소 질화물, 또는 실리콘 카바이드를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 무기 기재의 두께는, 약 0.1 mm 내지 약 3 mm의 범위일 수 있으며, 예를 들면, 약 0.2 mm 내지 약 2.5 mm, 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 약 0.4 mm 내지 약 1.5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1 mm, 약 0.6 mm 내지 약 0.9 mm, 또는 약 0.7 mm 내지 약 0.8 mm의 범위일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 무기 기재는 주어진 레이저 동작 파장에서, 예를 들면 UV 파장들(200 nm 내지 400 nm)에서, 또는 가시광 파장들(400 nm 내지 700 nm)에서, 흡수가 거의 없거나 또는 전혀 없을 수 있다. 예를 들면, 제 2 무기 기재는 레이저의 동작 파장에서 약 5% 이하, 약 3% 이하, 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하와 같이 약 10% 미만을 흡수할 수 있으며, 예를 들면 약 1% 내지 약 10% 흡수할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 가시광 파장들에서, 상기 무기 기재는 투명할 수도 있고, 산란시킬(scattering) 수도 있다.
다른 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 기재들 중 임의의 하나 또는 여럿은 소정 파장의, 예를 들면 레이저의 소정 동작 파장의 광을 흡수할 수 있는 적어도 하나의 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들면, 도펀트들은 ZnO, SnO, SnO2, TiO2 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 도펀트는 UV 파장들(200 nm 내지 400 nm)을 흡수하는 화합물들로부터 선택될 수 있다. 상기 도펀트는, 상기 무기 기재가 상기 소정 파장을 흡수하는 것을 유발하기에 충분한 양으로 상기 무기 기재들 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 도펀트는 상기 무기 기재 내에 약 0.05 중량 퍼센트(wt%)(500 parts per million, ppm) 이상의 농도로, 예컨대 약 500 ppm 내지 약 106 ppm 범위로 포함될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 도펀트 농도는 0.5 wt% 이상, 1 wt% 이상, 2 wt% 이상, 3 wt% 이상, 4 wt% 이상, 5 wt% 이상, 6 wt% 이상, 7 wt% 이상, 8 wt% 이상, 9 wt% 이상, 또는 10 wt% 이상일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 도펀트는 약 10 wt% 초과의 농도, 예를 들면 약 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 80 wt%, 또는 90 wt%의 농도를 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 추가적인 실시예들에 있어서, 도핑된 상기 무기 기재는, 예를 들면 ZnO 세라믹 기재의 경우에서, 약 100% 도펀트를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 기재들은 상기 기재들의 열팽창 계수들(coefficients of thermal expansion, CTEs)이 실질적으로 유사하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 3 또는 제 2 기재의 CTE는 상기 제 1 기재의 CTE의 약 50% 이내일 수 있으며, 예를 들면, 상기 제 1 기재의 CTE의 약 40% 이내, 약 30% 이내, 약 20% 이내, 약 15% 이내, 약 10% 이내, 또는 약 5% 이내일 수 있다. 비제한적인 실시예로서, 상기 제 1 유리 기재의 CTE는 (약 25℃ 내지 400℃ 범위의 온도에서) (약 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 또는 90 x 10-7/℃와 같이) 약 30 x 10-7/℃ 내지 약 90 x 10-7/℃의 범위일 수 있으며, 예를 들면 약 40 x 10-7/℃ 내지 약 80 x 10-7℃, 또는 약 50 x 10-7/℃ 내지 약 60 x 10-7/℃일 수 있으며 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 비제한적인 실시예들에 따르면, 상기 유리 기재들은 약 75 내지 약 85 x 10-7/℃ 범위의 CTE를 갖는 Corningㄾ Gorillaㄾ 유리, 또는 약 30 내지 약 50 x 10-7/℃ 범위의 CTE를 갖는 Corningㄾ EAGLE XGㄾ, LotusTM, 또는 Willowㄾ 유리들일 수 있다. 상기 제 2 기재는 (약 25℃ 내지 400℃ 범위의 온도에서) 약 20 x 10-7/℃ 내지 약 100 x 10-7/℃ 범위의 CTE를 갖는 무기의, 예컨대 세라믹 또는 유리-세라믹 기재를 포함할 수 있으며, 예를 들면 (약 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 100 x 10-7/℃와 같이) 약 30 x 10-7/℃ 내지 약 80 x 10-7℃, 약 40 x 10-7/℃ 내지 약 70 x 10-7/℃, 또는 약 50 x 10-7/℃ 내지 약 60 x 10-7/℃일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c는 상기 적어도 하나의 캐비티(109, 209)가 사다리꼴 단면을 갖는 것으로 도시하였지만, 상기 캐비티들은 주어진 응용에 대하여 원하는 바에 따라 임의의 주어진 형태 또는 크기를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 상기 캐비티들은 몇 가지 예만 들자면, 정사각형, 원형, 직사각형, 반원형, 또는 반타원형의 단면, 또는 불규칙한 단면을 가질 수 있다. 또한 상기 제 1 기재(201) 또는 제 3 기재(215)의 표면이 적어도 하나의 캐비티(209)(예를 들면 도 2c 참조)를 포함하는 것도 가능하고, 또는 상기 제 1 또는 제 3 기재와 상기 제 2 기재가 모두 캐비티들을 포함하는 것도 가능하다. 선택적으로, 또는 추가적으로, 상기 제 1 기재 또는 제 2 기재의 캐비티들은 가시광 파장들 또는 LED 동작 파장들 중 하나 또는 둘 모두에 대하여 투명한 물질로 충전될 수 있다.
나아가, 도 2a 및 도 2b는 단일 캐비티(209)를 포함하는 밀봉된 장치를 나타내지만, 복수의 캐비티들 또는 캐비티들의 어레이를 포함하는 밀봉된 장치들도 본 개시 내용의 범위에 속함이 의도된다. 예를 들면, 상기 밀봉된 장치는 임의의 수의 캐비티들(209)을 포함할 수 있으며, 상기 캐비티들은 규칙적인 패턴 및 불규칙한 패턴을 포함하여 원하는 임의의 방식으로 배열 및/또는 간격을 가질 수 있다. 더욱이, 도 2a 및 도 2b의 단일 캐비티(209)는 양자점들과 LED 구성 부품을 모두 포함하지만, 이러한 묘사에 한정되지 않음은 이해될 것이다. 하나 이상의 캐비티들(209)이 양자점들 및/또는 LED 구성 부품들을 포함하지 않는 실시예들도 상정된다(예를 들면 도 2c 참조). 하나 이상의 캐비티들이 복수의 LED 구성 부품들 및/또는 양자점들을 포함하는 실시예들도 상정된다. 나아가, 각 캐비티가 동일한 수 또는 양의 양자점들 및/또는 LED 구성 부품들을 포함할 필요가 없고, 이러한 수량에 있어서 캐비티 간에 차이가 있거나 일부 캐비티들이 양자점들 및/또는 LED 구성 부품들을 포함하지 않는 것이 모두 가능하다.
상기 적어도 하나의 캐비티(209)는 임의의 주어진 깊이를 가질 수 있으며, 이는 예컨대 상기 캐비티 내에 봉지될 품목(예를 들면, QD, LED, 및/또는 LD)의 양 및/또는 모양 및/또는 유형에 있어서, 적절한 바에 따라 선택될 수 있다. 비제한적인 실시예로서, 상기 적어도 하나의 캐비티(209)는 약 0.01 mm 내지 약 1 mm 범위와 같이 약 1 mm 이하, 예를 들면 약 0.5 mm 이하, 약 0.4 mm 이하, 약 0.3 mm 이하, 약 0.2 mm 이하, 약 0.1 mm 이하, 약 0.05 mm 이하, 약 0.02 mm 이하, 또는 약 0.01 mm 이하의 깊이로 상기 제 1 및/또는 제 2 기재들 내부로 연장될 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 또한 캐비티들의 어레이가 사용될 수 있음이 상정되며, 각 캐비티는 상기 어레이 내의 다른 캐비티들과 비교할 때 동일하거나 상이한 깊이, 동일하거나 상이한 모양, 및/또는 동일하거나 상이한 크기를 갖는다. 도 2c를 계속하여 참조하면, 상기 봉지된 영역(219)은 임의의 적합한 치수(길이, 폭, 및 높이)를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 영역(219) 또는 우물(well)은 기하학적으로 실질적인 정사각형일 수 있으며, 예컨대 가로 5 mm 세로 5 mm (예를 들면, 도 3 참조), 가로 2 mm 세로 2 mm, 가로 1 mm 세로 1 mm, 가로 0.5 mm 세로 0.5 mm, 가로 0.5 mm 이하 세로 0.5 mm 이하, 또는 가로 5 mm 이상 세로 5 mm 이상, 및 이들 사이의 모든 서브 범위들과 같이 임의의 폭 또는 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 영역(219)은 예를 들면 1 mm x 5 mm, 0.5 mm x 1 mm 등과 같이 상이한 길이들 및 폭들을 포함할 수 있다. 전형적인 영역(219) 또는 우물의 높이들은 약 0.1 mm 이하, 약 0.1 mm 내지 약 0.2 mm 사이, 약 0.1 mm 내지 약 0.5 mm 사이, 약 0.2 mm 내지 약 0.3 mm 사이, 0.5 mm 이상, 및 이들 사이의 모든 서브 범위들을 포함한다.
양자점들 또는 양자점 함유 물질은 원하는 방출광 파장에 따라 다양한 형태들 및/또는 크기들을 가질 수 있다. 예를 들면, 양자점의 크기가 감소함에 따라 방출광의 주파수는 증가할 수 있다. 예를 들면 상기 방출광의 색상은 상기 양자점의 크기가 감소함에 따라 적색으로부터 청색으로 천이될 수 있다. 청색, UV, 또는 근(near)-UV 광이 조사될 때, 양자점은 상기 광을 더 긴 적색, 황색, 녹색, 또는 청색 파장들로 전환할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 양자점은 청색, UV, 또는 근-UV 광이 조사되었을 때 적색 및 녹색 파장들을 방출하는 적색 및 녹색 양자점들로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 LED 구성 부품은 청색광(대략 450 nm 내지 490 nm), UV광(대략 200 nm 내지 400 nm), 또는 근-UV광(대략 300 nm 내지 450 nm)을 방출할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 캐비티는 동일하거나 또는 상이한 타입의 양자점들, 예를 들면 상이한 파장들을 방출하는 양자점들을 포함하는 것이 가능하다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 캐비티는 적색-녹색-청색(red-green-blue, RGB) 스펙트럼을 상기 캐비티 내에 생성하기 위하여 녹색과 적색 파장들을 모두 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 따르면, 오로지 녹색 양자점들만을 포함하는 캐비티 또는 오로지 적색 양자점들만을 포함하는 캐비티와 같이 개별 캐비티가 동일한 파장을 방출하는 양자점만을 포함하는 것도 가능하다. 예를 들면, 상기 밀봉된 장치는 캐비티들의 어레이를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 캐비티들의 약 3분의 1은 녹색 양자점들로 충전될 수 있고, 상기 캐비티들의 약 3분의 1은 적색 양자점들로 충전될 수 있는 한편, 상기 캐비티들의 약 3분의 1은 (청색광을 방출할 수 있도록) 비어 있는 채로 남겨둘 수 있다. 이러한 구성을 이용함으로써, 각 개별 색상에 대한 동적인 조광(dimming)을 제공하면서도 전체 어레이는 상기 RGB 스펙트럼을 생성할 수 있다.
물론, 양자점들의 임의의 유형, 색상, 또는 양을 포함하는 캐비티들이 가능하고 본 개시 내용의 범위 내에 포함되는 것으로서 상정될 수 있음은 이해될 것이다. 원하는 효과를 달성하기 위해 각 캐비티 내에 배치할 양자점들의 분량과 유형들 및 상기 캐비티 또는 캐비티들의 구성을 선택하는 것은 본 기술 분야의 통상의 기술자의 능력 범위 내에 있다. 더욱이, 비록 여기서 상기 장치들은 디스플레이 장치들을 위한 적색 및 녹색 양자점들의 관점에서 논의되었지만, 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 청색, 또는 가시광 스펙트럼(예를 들면 400 nm 내지 700 nm)의 임의의 다른 색상을 포함하는 (그러나, 이들에 제한되는 것은 아니다) 임의의 파장의 광을 방출할 수 있는 임의의 유형의 양자점이 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
전형적인 양자점들은 다양한 형태들을 가질 수 있다. 양자점의 예시적인 형태는 구, 막대기, 디스크, 사각체(tetrapod), 다른 모양들, 및/또는 이들의 혼합물들을 포함하나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전형적인 양자점들은 아크릴레이트 또는 다른 적합한 폴리머와 같은 폴리머 수지 내에, 또는 단량체 내에 수용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이러한 전형적인 수지들은 TiO2 등을 포함하는 적절한 산란 입자들을 포함할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
특정 실시예들에 있어서, 양자점들은 폴리머들의 가공성 및 가용적 성질이 무기 반도체들의 높은 효율 및 안정성과 조합되는 것을 허용하는 무기 반도체 물질을 포함한다. 무기 반도체 양자점들은 통상적으로 수증기 및 산소의 존재 하에서 그들의 유기 반도체 카운터파트(counterpart)보다 더욱 안정하다. 위에서 논의된 바와 같이, 양자-속박된 방출 성질들 때문에 이들의 발광은 극도로 협대역일 수 있으며 단일 가우시안 스펙트럼으로 특성화되는, 고도로 포화된 색상 방출을 내놓을 수 있다. 나노결정 지름은 양자점의 광학적 밴드갭을 제어하기 때문에, 흡수 및 방출 파장들의 미세한 조정이 합성 및 구조 변화를 통해 달성될 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 무기 반도체 나노결정 양자점들은 IV족 원소들, II-VI족 화합물들, II-V족 화합물들, III-VI족 화합물들, III-V족 화합물들, IV-VI족 화합물들, I-III-VI족 화합물들, II-IV-VI족 화합물들, 또는 II-IV-V족 화합물들, 이들의 합금들 및/또는 이들의 혼합물들을 포함하며, 이들의 3원 및 4원 합금들 및/또는 혼합물들을 포함한다. 예들은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 이들의 합금들, 및/또는 이들의 혼합물들을 포함하며, 이들의 3원 및 4원 합금들 및/또는 혼합물들을 포함하나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
특정 실시예들에 있어서, 양자점은 상기 양자점의 표면의 적어도 일부에서 위에 껍질을 포함할 수 있다. 이러한 구조는 코어(core)-쉘(shell) 구조로 지칭된다. 상기 쉘은 무기 물질을, 더욱 바람직하게는 무기 반도체 물질을 포함할 수 있다. 무기 쉘은 표면 전자 상태들을 유기 캡핑 기들보다 훨씬 더 고도로 부동태화시킬 수 있다. 쉘에 사용될 수 있는 무기 반도체 물질들의 예들은 IV족 원소들, II-VI족 화합물들, II-V족 화합물들, III-VI족 화합물들, III-V족 화합물들, IV-VI족 화합물들, I-III-VI족 화합물들, II-IV-VI족 화합물들, 또는 II-IV-V족 화합물들, 이들의 합금들 및/또는 이들의 혼합물들을 포함하며, 이들의 3원 및 4원 합금들 및/또는 혼합물들을 포함하나 이들에 한정되는 것은 아니다. 예들은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 이들의 합금들, 및/또는 이들의 혼합물들을 포함하며, 이들의 3원 및 4원 합금들 및/또는 혼합물들을 포함하나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에 있어서, 양자점 물질들은 CdSe, CdS, 및 CdTe를 포함하는 II-VI 반도체들을 포함할 수 있으며, 좁은 크기 분포들 및 높은 방출 양자 효율을 가지면서 전체 가시광 스펙트럼을 가로질러 방출하도록 만들어질 수 있다. 예를 들면, 대략 2 nm의 지름을 갖는 CdSe 양자점들은 청색 파장들을 방출하지만 8 nm 지름의 입자들은 적색 파장들을 방출한다. 상이한 밴드갭을 갖는 다른 반도체 물질들로 치환하여 합성함으로써 양자점 조성을 변화시키는 것은 상기 양자점의 방출이 조정될 수 있는 전자기 스펙트럼의 영역을 변경시킨다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질들은 카드뮴을 불포함한다. 카드뮴을 불포함하는 양자점 물질들의 예들은 InP 및 InxGax-1P를 포함한다. InxGax-1P를 제조하기 위한 접근 방법의 한가지 예에 있어서, InP는 황색/녹색 파장들보다 약간 더 청색에 가까운(bluer) 파장들에 접근하기 위하여 상기 밴드갭을 더 높은 에너지로 쉬프트시키도록 소량의 Ga으로 도핑될 수 있다. 이 3원 물질을 제조하기 위한 접근 방법의 다른 예에 있어서, GaP는 짙은 청색 파장들보다 더 적색에 가까운(redder) 파장들에 접근하기 위하여 In으로 도핑될 수 있다. InP는 1.27 eV의 직접 벌크 밴드갭(direct bulk band gap)을 가지며, 이는 Ga 도핑으로 2 eV를 넘도록 조정될 수 있다. InP만을 포함하는 양자점 물질들은 황색/녹색 파장들로부터 짙은 적색 파장들로 조정 가능한 광방출을 제공할 수 있다. 소량의 Ga을 InP에 첨가하는 것은 짙은 녹색/아쿠아 그린(aqua green) 파장들로 방출광을 조정하는 것을 용이하게 할 수 있다. InxGax-1P (0<x<1)를 포함하는 양자점 물질들은 가시광 파장 스펙트럼의, 만일 전체가 아니라면, 적어도 대부분에 걸쳐 조정될 수 있는 광 방출을 제공할 수 있다. InP/ZnSeS 코어-쉘 양자점들은 70%의 높은 효율로 짙은 적색 파장들로부터 황색 파장들로 조정될 수 있다. 높은 CRI의 백색 QD-LED 방출자들을 만들기 위하여, 적색 파장들을 가시광 파장 스펙트럼의 황색/녹색 파장 부분으로 보내기 위하여(address) InP/ZnSeS가 사용될 수 있으며 InxGax-1P는 아쿠아-그린 파장들의 방출광에 짙은 녹색 파장들을 제공할 것이다.
일부 실시예들에 있어서(예를 들면, 도 1, 도 2a, 도 2b, 및/또는 도 2c 참조), 상기 양자점 물질들은 소정의 스펙트럼에서 조정 가능한 방출광을 제공할 수 있다. 예를 들면, 전형적인 양자점 물질들은 그로부터 방출되는 방출광이 단일 파장 스펙트럼만으로 되도록, 즉 적색 파장 스펙트럼, 예컨대 약 620 nm 내지 약 750 nm(그러나 여기에 한정되는 것은 아님)와 같은 단일 파장 양자점 물질만으로 되도록 선택될 수 있다. 물론, 전형적인 단일 파장 양자점 물질들은, 상기 적어도 하나의 LED 구성 부품(203)과 같은 인근의 광원에 의하여 여기되었을 때 다른 파장 스펙트럼(예를 들면, 보라색 308-450 nm, 청색 450-495 nm, 녹색 495-570 nm, 황색 570-590 nm, 및 오렌지색 590-620 nm)이 방출되도록 선택될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질들은 적외선 파장 스펙트럼, 예컨대 약 700 nm 내지 약 1 mm, 또는 자외선 파장 스펙트럼, 예컨대 약 10 nm 내지 약 380 nm와 같은 (그러나 이들에 한정되는 것은 아님) 다른 파장의 스펙트럼의 조정 가능한 방출광을 제공할 수 있다.
상기 제 1 기재(201)의 제 1 표면과 상기 제 2 기재(207)의 제 2 표면은 씰링 또는 웰딩(211)에 의하여 결합될 수 있다. 상기 씰링(211)은 상기 적어도 하나의 캐비티(209)의 주위를 따라 연장될 수 있으며 그에 의하여 상기 캐비티 내의 워크피스 및/또는 양자점 물질을 밀봉할 수 있다. 예를 들면, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 씰링은 상기 적어도 하나의 양자점(205)와 상기 적어도 하나의 LED 구성 부품(203)을 동일한 캐비티 내에 봉지할 수 있다. 유사하게, 상기 제 1 기재(201)의 제 1 표면과 상기 제 3 기재(215)의 제 2 표면은 씰링 또는 웰딩(211)에 의하여 결합될 수 있다. 상기 씰링(211)은 상기 적어도 하나의 봉지된 영역 또는 웰(219)의 주위를 따라 연장될 수 있으며, 그에 의하여 상기 영역(219) 내에 상기 양자점 물질을 밀봉할 수 있다. 예를 들면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 씰링(211)은 상기 적어도 하나의 양자점(205)을 상기 봉지된 영역(219) 내에 봉지할 수 있다. 캐비티들이 여러 개 있는 경우에, 상기 씰링(211)은, 예를 들면 각 캐비티를 어레이 내의 다른 캐비티들로부터 분리하여 하나 이상의 이산된 밀봉 영역들 또는 포켓들을 형성하도록 단일 캐비티의 주위로 연장될 수도 있고, 또는 상기 씰링은 하나보다 많은 캐비티, 예컨대 셋, 넷, 다섯, 열, 또는 그 이상의 캐비티들 등과 같이 둘 이상의 캐비티들의 군의 주위로 연장될 수 있다. 또한 상기 씰링된 장치는 원하는 바에 따라 LED 및/또는 양자점들이 없는 캐비티의 경우에 있어서는 씰링되지 않을 수 있는 하나 이상의 캐비티들을 포함하는 것도 가능하다. 따라서, 여러 캐비티들이 비어 있거나 또는 그 안에 양자점들 및/또는 LED들이 없을 수 있으며, 따라서 이러한 비어 있는 캐비티들은 원하는 바에 따라 또는 적합한 바에 따라 씰링될 수도 있고 씰링되지 않을 수도 있음은 이해될 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 씰링(211)은 함께 출원계속 중인 미합중국 출원 제13/777,584호, 제13/891,291호, 제14/270,828호, 및 제14/271,797호에 설명된 바와 같은 유리대 유리(glass-to-glass) 씰링, 유리대 유리-세라믹(glass-to-glass-ceramic) 씰링, 또는 유리대 세라믹 씰링을 포함할 수 있다. 상기 출원들 모두는 그 전체가 여기에 인용되어 통합된다.
상기 씰링(211)을 형성하는 물질들은, 예컨대 비교적 낮은 유리 전이 온도(Tg) 및/또는 소정의 레이저 동작 파장에서 약 10%보다 더 큰 흡수도를 갖는 유리 조성물로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 씰링 물질들은 보레이트 유리들, 포스페이트 유리들, 텔루라이트 유리들 및 칼코게나이드 유리들, 예를 들면 주석 포스페이트류, 주석 플루오로포스페이트류, 및 주석 플루오로보레이트류로부터 선택될 수 있다.
일반적으로, 적합한 씰링 물질들은 낮은 Tg의 유리들 및 적절한 반응성의 구리 또는 주석의 산화물들을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 씰링 물질들은 약 400℃ 이하, 예를 들면, 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 250℃ 이하, 또는 약 200℃ 이하의 Tg를 갖는 유리를 포함할 수 있으며, 약 200℃ 내지 약 400℃의 범위와 같이 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함한다. 적절한 씰링 물질들 및 방법들은, 예를 들면, 미합중국 특허출원 제13/777,584호, 제13/891,291호, 제14/270,828호, 및 제14/271,797호에 개시되어 있으며, 이들 전부는 그 전체가 여기에 인용되어 통합된다.
상기 씰링(211)의 두께는 응용에 따라 달라질 수 있으며, 특정 실시예들에 있어서, 약 5 마이크로미터 이하, 약 3 마이크로미터 이하, 약 2 마이크로미터 이하, 약 1 마이크로미터 이하, 약 0.5 마이크로미터 이하, 또는 약 0.2 마이크로미터 이하와 같이 약 0.1 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터의 범위일 수 있고, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 여러 실시예들에 있어서, 상기 씰링(211)은 (실온의) 레이저의 동작 파장에서 약 10% 이상, 약 15% 이상, 약 20% 이상, 약 25% 이상, 약 30% 이상, 약 35% 이상, 약 40% 이상, 약 45% 이상, 또는 약 50% 이상의 흡수도(absorption)를 가질 수 있으며, 약 10% 내지 약 50%와 같이 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 씰링 물질들은 UV 파장들(200-400 nm)에서 예컨대 약 10%보다 더 큰 흡수도를 가지며 흡수할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 씰링 물질들은 가시광선에 대하여 투명하거나 실질적으로 투명할 수 있으며, 예를 들면, 가시광 영역의 스펙트럼(예를 들면 400-700 nm)에서 약 80% 이상의 투과도를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 씰링(211)은 상기 제 1 기재(201), 상기 제 2 기재(207), 및/또는 상기 제 3 기재(215) 사이에 연속적인 시트 또는 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 씰링 물질은 씰링층이 상기 적어도 하나의 캐비티 및/또는 봉지 영역을 피복하도록 상기 각 기재들의 상기 제 1 표면 또는 제 2 표면 위에 덮여질 수 있다. 그러한 실시예들에 있어서, 상기 씰링(211)은 가시광 파장들에서 실질적으로 투명할 수 있고 UV 파장들(또는 다른 임의의 소정 레이저 동작 파장)을 흡수할 수 있다. 선택적으로, 상기 씰링 물질은 상기 캐비티 및/또는 봉지 영역의 주위에 프레임을 형성하도록 제공될 수 있다. 상기 씰링 물질은 원하는 임의의 모양 또는 패턴으로 상기 제 1 기재(201), 상기 제 2 기재(207), 또는 상기 제 3 기재(215)에 적용될 수 있다. 그러한 실시예들에 있어서, 상기 씰링(211)은 가시광 파장들에 대해 실질적으로 투명하거나 흡수할 수 있고 및/또는 UV 파장들(또는 다른 임의의 소정의 레이저 동작 파장)에 대해 실질적으로 투명하거나 흡수할 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저는 상기 씰링층이 흡수하고 상기 제 1 유리 기재가 흡수하지 않는 임의의 파장에서 동작하도록 선택될 수 있다. 물론, 상기 씰링은 예를 들면, 상기 기재 및/또는 캐비티 모양에 따라 특정한 응용을 위하여 원하는 대로 임의의 모양을 가질 수 있다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같은, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 기재들의 사이의 씰링(211)은 주어진 파장에서 동작하고 두 기재들 사이에 씰링 또는 웰딩을 형성하도록 씰링 물질(또는 씰링 인터페이스)을 향해 조준된 레이저 빔의 사용을 통하여 형성될 수 있다. 이론에 의하여 한정되는 것을 의도하는 것은 아니며, 씰링 물질이 레이저 빔에서 나온 빛을 흡수하는 것과 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 기재들에 의한 유도 천이 흡수(induced transient absorption)는 (예를 들면 상기 제 1 기재의 유리 전이 온도 Tg에 근접한 온도까지의) 국부 가열 및 상기 씰링 물질 및/또는 유리 기재의 용융을 통한 두 기재들 사이의 본딩 형성을 가져올 수 있는 것으로 생각된다. 여러 실시예들에 따르면, 상기 씰링 또는 웰딩(211)은 예를 들면 약 25 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터, 약 50 마이크로미터 내지 약 200마이크로미터, 또는 약 100 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터와 같이 약 10 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터 범위의 폭을 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들이 포함된다.
다양한 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐비티 및/또는 봉지된 영역의 둘레에 씰링 또는 웰딩을 생성하기 위하여 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 기재들은 여기서 논해진 바와 같이 함께 씰링될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 씰링 또는 웰딩은 예컨대 장치 내에 하나 이상의 기밀 및/또는 방수 포켓들을 형성하는 밀폐성 씰링일 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 캐비티는 상기 캐비티나 영역이 물, 수분, 공기, 및/또는 다른 오염물들을 침투시키지 않거나 또는 실질적으로 침투시키지 않도록 밀폐성으로 씰링될 수 있다. 비제한적인 예로서, 밀폐성 씰링은 산소의 증산(확산)이 약 10-2 cm3/m2/일 미만(예를 들면 약 10-3 cm3/m2/일 미만)으로 제한되고, 물의 증산이 약 10-2 g/m2/일 미만(예를 들면 약 10-3, 10-4, 10-5, 또는 10-6 g/m2/일 미만)으로 제한되도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 밀폐성 씰링은 물, 수분, 및/또는 공기가 밀폐성 씰링에 의해 보호된 양자점 물질 또는 구성 부품들과 접촉하는 것을 실질적으로 방지할 수 있다.
특정 태양들에 따르면, 상기 씰링된 장치의 전체 두께는 약 5 mm 이하, 약 4 mm 이하, 약 3 mm 이하, 약 2 mm 이하, 약 1.5 mm 이하, 약 1 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하와 같이 약 6 mm 이하일 수 있고, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 씰링된 장치의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 2.5 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 2 mm와 같이 약 0.3 mm 내지 약 3 mm 범위일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다.
여기에 개시된 씰링된 장치들은 텔레비전류, 컴퓨터 모니터류, 핸드헬드 장치들 등과 같은 백라이트 디스플레이류 또는 백라이트들을 포함하는 다양한 디스플레이 구성 부품들 또는 디스플레이 장치들에 사용될 수 있으나 이들에 제한되지 않는다. 상기 백라이트 디스플레이류는 여러 추가적인 구성 부품들을 포함할 수 있다. 또한, 여기에 개시된 씰링된 장치들은 조명 기구 및 고체 상태 조명 응용기기와 같은 조명 장치들로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 LED 다이와 접촉하는 양자점들을 포함하는 씰링된 장치는, 예를 들면 태양의 광대역 출력을 모방한 일반적인 조명들에 사용될 수 있다. 이러한 조명 장치들은, 예를 들면 400 nm 내지 700 nm 범위의 파장들과 같은 다양한 파장들을 방출하는 다양한 크기들의 양자점들을 포함할 수 있다.
방법들
양자점 물질들을 함유하는 씰링된 장치들을 제조하는 방법들도 여기에 개시된다.
도 1, 도 2c, 및 도 3을 참조하면, 봉지된 영역들 또는 웰들(219)이, 흔히 웰 플레이트(260)로 지칭되는 유리 평판 위에 2차원 어레이(250)로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 웰들(219)은 머시닝 또는 다른 적절한 기계적 가공들에 의하여 형성될 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 웰들(219)을 제조하기 위한 전형적인 방법은 상기 플레이트(260) 내부로 웰들의 어레이를 화학적으로 식각하는 것을 포함한다. 상기 어레이 내의 각 웰 내부로 정해진 양의 액체 또는 양자점 함유 물질(205)이 디스펜싱되면, 상기 물질(205)은 경화, 예를 들면 UV-경화되어 평평한 커버 유리(예를 들면 제 1 기재(201))와 짝지워질 수 있다. 씰링 공정(예를 들면, 레이저 씰링) 후, 상기 웰들(219)에 분리 또는 다이싱 공정이 수행된다. 따라서, 각 웰(219) 내의 물질은 각 랜드들(221)의 중심에서 분리가 일어나도록 완전히 봉지되어야 한다.
일부 실시예들에 있어서, 개별 액적(drop)들을 디스펜스하기 위하여 피코-돗 밸브와 같은 밸브들이 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질은 이송 시스템에서 가압될 수 있으며, 상기 이송 시스템의 출구에는 압전 메커니즘을 이용하여 제거되는 플런저에 의하여 플러깅된 오리피스가 있다. 그로써 상기 양자점 물질은 상기 이송 시스템으로부터 배출되어 상기 웰의 바닥과 충돌한다. 이러한 방식으로 이송된 양자점 물질의 양은 상기 밸브가 개방된 시간 및 압력에, 그리고 디스펜스되는 물질의 점도에 의존할 수 있다. 웰 당의 샷들의 수와 각 샷의 부피를 조절함으로써 원하는 양의 양자점 물질이 디스펜싱된다. 그러한 방법을 사용할 때, 양자점 함유 물질이 상기 웰 내에서 유지되고 상기 웰의 가장자리를 넘어 랜드들 위로 넘어가는 것이 최소화되도록 주의를 기울여야 한다. 각 웰의 바닥을 충분히 웨팅하는 것을 보장하기 위하여, 상기 액적들을 상기 웰의 바닥을 따라 나선형 패턴으로 균일하게 분포시킴으로써 달성될 수 있는 특정한 패턴으로 상기 샷들이 위치되어야 한다. 그러한 공정에서, 상기 액적들은 상기 양자점 물질이 상기 랜드들 위로 타고넘는 것을 방지하기 위하여 상기 웰의 벽들에 너무 가까워서는 안되고, 일부 액적들은 상기 바닥 전체가 웨팅되는 것을 보장하기 위하여 상기 바닥의 중심 근처에 필요될 수 있다. 만일, 상기 공정을 수행하는 동안, 밸브가 폐쇄될 때 상기 샷의 메인 몸체의 궤적을 따르지 않고 상기 샷으로부터 비산된 작은 (부수적) 액적들에 의해 또는 웰의 표면을 상기 샷이 한 번 치고 스플래싱되는 것에 의하여 양자점 물질이 상기 랜드들 위에 나타나는 것이 야기된다면, 이것은 (만일 가능하다면) 양자점 물질의 점도를 증가시킴으로써 또는 밸브 내에서 상기 플런저가 오리피스 안팎으로 움직이는 통로 내의 세부 사항과 이송 라인 내의 압력을 조정함으로써 해결될 수 있다.
이들 실시예들에 있어서, 발견된 또 다른 어려움은 양자점 물질 또는 필름이 수초 내에 유체 정역학적인 형태를 수용하기에 충분히 유동적이 되도록 충분히 두껍고, 웰이 플레이트의 랜드와 만나는 벽의 가장자리에 필름이 고정된다는 것이다. 상기 웰이 부분적으로만 충전되고 전체 웰 부피의 상당한 부분이 비어 있는 부분일 때, 상기 양자점 물질의 상부 계면은 고도로 오목해지고 벽 근처의 필름은 지나치게 두껍고 중심에서는 지나치게 얇아진다. 그러한 경우들에 있어서, 웰 당 적량의 양자점 물질을 디스펜싱하기 위하여 하나의 분사 밸브에 수 초가 소요되고 100 mm 정사각형의 웰-플레이트들은 이러한 방식으로 충전되어 UV-경화되는 데 1시간 가까이 걸리는 것이 발견되었다. 스플래싱 및 소액적들의 생성이 샷들의 디스펜싱 속도를 제한하고, 따라서 일부 실시예들에서 이러한 밸브-디스펜싱 방법들을 사용하는 산업적 방법들로 용량을 확대하는 것은 복수의 밸브들 및 그와 관련된 툴들을 요구할 수 있다.
바람직한 실시예들에 있어서, 상기 양자점 함유 물질은 상기 웰들 내부로 잉크젯될 수 있다. 양자점 함유 물질이 잉크젯 방법으로 적절히 디스펜싱될 수 있도록 하기 위하여, 달성되어야 하는 수많은 조건들이 결정되었다. 도 4는 모범적인 잉크젯 공정에 대한 동작 윈도우의 맵이다. 도 4를 참조하면, 축들은 오네조르게(Ohnesorge, Oh)와 웨버(Weber, We)의 이름을 딴 두 개의 무차원 수들을 나타낸다. 이들은 아래 수식에 의해 제공되는 물리적 및 기하학적 특성들에 의하여 정의된다:
Figure pct00001
및
Figure pct00002
(1)
여기서 μ, ρ, 및 σ는 각각 액체의 점도, 밀도, 및 계면 표면 장력을 나타내고, a는 (소액적의 지름을 취한) 특성 길이이고, V는 소액적의 속도를 나타낸다. 도 4에서, 음영된 윈도우 바깥의 지점들에 있어서, 특정 결함들이 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 윈도우의 왼쪽은 점성의 댐핑 효과가 없기 때문에 액적의 형태나 배출에 대한 제어가 어렵다. 윈도우의 아래에서는 표면 장력이 너무 높아 액적들이 노즐로부터 배출되지 않을 것이다. 윈도우의 오른쪽은 점도가 너무 높아 액적들이 배출되지 않을 것이다. 윈도우의 위쪽은 표면 장력이 너무 낮기 때문에 액적들이 깨어지거나 스플래쉬되는 경향이 있다. 따라서, 여기에 설명된 모범적인 실시예들은 양자점을 함유하는 매트릭스 수지를 웰들 내부로 디스펜싱하는 공정을 제공하며 다음의 주제들을 해결한다: (1) 각 웰에 디스펜싱되는 전체 부피는 정확하게 제어되어야 하고, (2) 상기 웰 내부가 아닌 플레이트의 다른 곳에 액체가 퇴적되어서는 안되고, (3) 상기 웰 내부의 층의 두께는 균일하거나 또는 줄무늬나 특정 거칠기로 패터닝되어야 하고, (4) 네 가지 상이한 잉크들을 동시에 조작함으로써 색상 설정점이 임의로(on the fly) 변화될 수 있고, (5) 하루에 충전되는 웰들의 수가 산업적 수준(예를 들면, > 1백만/일)이어야 한다. 따라서, 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수, 및 약 4 내지 약 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 모범적인 디스펜싱 공정들(예를 들면, 잉크젯 등)이 조작될 수 있음이 발견되었다.
일부 실시예들에 있어서, 모범적인 공정은 액적들을 웰들의 내부에만 디스펜싱하기 위하여 정밀하게 제어되는 슬라이딩 테이블 위에 있고 모범적인 잉크젯 조작 윈도우(도 4 참조) 내에서 동작하고 상기 수지가 신속하게 그러나 여러 패스들로 디스펜싱되도록 하는 잉크젯 프린트 헤드를 이용하여 양자점 물질을 함유하는 수지를 적용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 퇴적된 수지(예를 들면 양자점 함유 물질)는 선택된 패스들 사이에서 UV-경화되고 따라서 수지의 유출이 완화된다. 본 발명 주제의 실시예들은 정확하게 위치되는 테이블 상에 장착된 잉크젯 프린팅 헤드를 이용하여 잉크를 신속하면서도 부피 및 위치에 있어서 정밀하게 디스펜싱할 수 있다. 이 때 웰 플레이트는 진공 플래튼 위에 장착될 수 있으며, 상기 프린트 헤드는 진공 플래튼에서 아래를 향하여 배치될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 상기 웰 플레이트를 정확하게 위치시키기 위하여 비전 시스템이 사용될 수 있고, 상기 비전 시스템은 상기 플레이트의 위치를 결정하고 여기에 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 액체가 디스펜싱될 웰들을 위치시키기 위하여 사용될 수도 있다.
일부 모범적인 방법들은 기재 또는 웰 플레이트를 제 1 선방향(들)(즉, 각 프린트 헤드 상의 노즐 오리피스들의 열(들)에 수직인 방향), 및 상기 제 1 선방향(들)에 수직인 제 2 방향(들)로 적절한 직동(translation) 메커니즘 또는 이송 메커니즘을 갖는 포지셔닝 테이블을 채용할 수 있다. 적절한 프린트 헤드들은 상용으로 입수 가능한 프린트 헤드들로서 바람직하게는 상기 웰 플레이트의 치수와 동등한 길이를 갖거나 이보다 더 긴 길이를 갖고, 일부 실시예들에 있어서, 압전 방식으로 활성화되는 프린트 헤드일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 프린트 헤드는 전체 웰 플레이트의 폭을 커버할 수 있는, 더 작은 프린트 헤드들의 열(bank)일 수 있다. 이러한 모범적인 프린트 헤드들은 예컨대 각각의 색상을 갖는 두 세트의 프린트 헤드들을 배열함으로써 하나 이상의 색상들의 양자점 물질을 단일 패스 동작으로 또는 동시에 퇴적시키기 위하여 사용될 수 있다. 상기 웰 플레이트 위에서의 프린트 헤드의 움직임과 양자점 물질의 개별 액적의 발사는 컴퓨터 또는 프로세서를 이용하여 제어될 수 있다. 상기 양자점 함유 물질을 상기 프린트 헤드로 공급하기 위하여 이송 시스템이 사용될 수 있으며, 상기 프린트 헤드는 제트들이 적절하게 발사되는 것을 보장하기에 충분한 압력으로 유지된다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 양자점 물질의 속성들(예를 들면, 점도, 양자점들의 크기, 분산 물질의 크기 등)은 상기 잉크젯 공정의 동작 윈도우(도 4 참조) 내에서 상기 물질의 적절한 디스펜싱 기능을 보장하도록 제어될 수 있다. 상기 웰 플레이트가 프린트 헤드(또는 프린트 헤드들의 열)보다 더 넓은 실시예들에 있어서, 포지셔닝 플랫폼은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향에 모두 수직인 제 3 방향으로 움직이는 것이 요구될 수 있다.
추가적인 실시예들에 있어서, 퇴적되거나 디스펜싱된 양자점 물질은 적외선 램프들로 건조시킴으로써 또는 UV 램프들 등으로 경화시킴으로써 고체화될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 여기에 설명된 기능적 동작들 및 발명 주제의 실시예들은 본 명세서에 개시된 구조와 그들의 구조적 균등물들, 또는 이들 중 하나 이상의 조합들을 포함하여 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로 실시될 수 있다. 여기에 설명된 발명 주제의 실시예들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품들로서, 즉 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해, 또는 그의 동작의 제어를 위해, 유형의 프로그램 캐리어 상에 부호화된 컴퓨터 프로그램 명령어들의 하나 이상의 모듈들로서 실시될 수 있다. 상기 유형의 프로그램 캐리어는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체일 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 머신-독출 가능한 저장 장치, 머신-독출 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 또는 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
용어 "프로세서" 또는 "컨트롤러"는, 예로서 프로그래밍 가능한 프로세서, 컴퓨터, 또는 다중 프로세서들 또는 컴퓨터들을 포함하는, 데이터 처리를 위한 모든 장비, 장치, 및 머신들을 포괄할 수 있다. 상기 프로세서는, 하드웨어 뿐만 아니라 논의되는 컴퓨터 프로그램을 위하여 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들면 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다.
(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트, 또는 코드로도 알려진) 컴퓨터 프로그램은 컴파일 언어 또는 인터프리터 언어, 또는 서술적 언어 또는 절차적 언어를 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 단독 프로그램으로서의 형태, 또는 모듈, 콤포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛으로서의 형태를 포함한 임의의 형태로 동원될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일 시스템 내의 파일에 대응되지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램 또는 데이터를 수용하는 파일의 일부분 (예를 들면, 마크업 언어 문서에 저장된 하나 이상의 스크립트들) 내에, 논의되는 프로그램에만 쓰이는 단일 파일 내에, 또는 다수의 조직화된 파일들 (예를 들면, 하나 이상의 모듈들, 서브 프로그램들, 또는 코드의 부분들을 저장하는 파일들) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서, 또는 단일 사이트에 위치된 다수의 컴퓨터들 또는 여러 사이트들에 걸쳐 분산되고 통신망에 의하여 상호 연결된 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 동원될 수 있다.
여기에 설명된 논리 흐름들과 프로세스들은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서들에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 프로세서들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들을 실행하여 입력 데이터를 조작하여 출력을 생성함으로써 함수들을 수행할 수 있다. 상기 논리 흐름들과 프로세스들은 특수 목적의 논리 회로들, 예를 들면 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (field programmable gate array, FPGA) 또는 특정 용도 집적 회로 (application specific integrated circuit, ASIC)에 의하여 수행될 수도 있고, 장비가 이러한 특수 목적의 논리 회로들로서 실행될 수도 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서들은, 예를 들면, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들을 모두 포함하며, 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 하나 이상의 임의의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 이들 둘 모두로부터 데이터와 명령어들을 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수적인 요소들은 명령어들을 수행하기 위한 프로세서와 명령어들 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 데이터 메모리 장치들이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 거대 저장 장치들, 예컨대 자기, 자기 광학, 또는 광학 디스크들로 데이터를 송신하거나 이들로부터 데이터를 수신하거나 또는 송수신하기 위하여 이들을 포함하거나 이들과 작동적으로 결합될 것이다. 그러나 컴퓨터는 그러한 장치들을 갖출 필요는 없다.
컴퓨터 프로그램 명령어들과 데이터를 저장하기 위해 적합한 컴퓨터 독출 가능한 매체는 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 장치들을 포함하는 모든 형태의 데이터 메모리를 포함한다. 예를 들면, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 장치들과 같은 반도체 메모리 장치들; 내장 하드 디스크들 또는 외장형 디스크들과 같은 자기 디스크들; 자기 광학 디스크들; 및 CD ROM 및 DVD-ROM 디스크들과 같은 예들이 여기에 포함된다. 상기 프로세서 및 상기 메모리는 특수 목적 논리 회로가 보완되거나 이들과 통합될 수 있다.
사용자와의 상호작용을 제공하기 위하여, 여기에 설명된 본 발명 주제의 실시예들은 사용자에게 정보를 표시하기 위해 예컨대 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 모니터와 같은 디스플레이 장치 및 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있는 포인팅 장치, 예를 들면 마우스 또는 트랙볼, 및 키보드를 갖는 컴퓨터에 적용될 수 있다. 사용자와의 상호작용을 제공하기 위하여 다른 종류의 장치들도 사용될 수 있다. 예를 들면, 사용자로부터의 입력은 청각, 구두, 또는 촉각 입력을 포함하는 임의의 형태로 수신될 수 있다.
여기에 설명된 본 발명 주제의 실시예들은 에 적용될 수 있다. 예컨대 데이터 서버와 같은 백 엔드 구성부를 포함하는 컴퓨팅 시스템, 또는 예를 들면 어플리케이션 서버와 같은 미들웨어 구성부를 포함하는 컴퓨팅 시스템, 또는 예를 들면 사용자가 여기에 설명된 발명 주제의 실시품과 상호작용할 수 있는 웹 브라우저 또는 그래픽 유저 인터페이스를 갖는 클라이언트 컴퓨터와 같은 프론트 엔드 구성부를 포함하는 컴퓨팅 시스템, 또는 이러한 백 엔드, 메들웨어, 또는 프론트 엔드 구성부들의 하나 이상의 임의의 조합들 내에 적용될 수 있다. 상기 시스템의 구성부들은 디지털 데이터 통신의 임의의 형태 또는 매체, 예컨대 통신 네트워크에 의하여 상호 연결될 수 있다. 통신 네트워크의 예들은 근거리 네트워크(local area network, LAN), 및 원거리 네트워크(wide area network, WAN), 예컨대 인터넷을 포함한다. 상기 컴퓨팅 시스템은 클라이언트 및 서버들을 포함할 수 있다. 클라이언트 및 서버는 일반적으로 서로 원격으로 떨어져 통신망을 통하여 상호작용하는 것이 전형적이다. 클라이언트 및 서버의 관계는 개별 컴퓨터들 상에서 동작하며 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램에 의하여 발생한다.
위에서 설명된 공정을 이용한 실험들을 수행하였다. 일부 실험들에 있어서, 코니카-미놀타 KM1024가 사용되었고, 6 pL/30 kHz, 14 pL/12.8 kHz 및 42 pL/7.6 kHz의 액적 부피/최대 빈도(frequency) 조합에 대하여 360 dpi를 제공한다. 각 노즐로부터 나오는 최대 유속 qn은 다음의 관계식으로 대표될 수 있다.
Figure pct00003
(2)
여기서 ν는 액적의 부피를 나타내고, f는 배출의 빈도를 나타낸다. KM1024 프린트 헤드 패밀리에 있어서, 달성된 최고 유속은 42 피코리터/7.6 kHz의 조합에 의하여 이루어졌다. 예를 들면, 단일 패스는 수직한 두 방향으로 λ=1/360 (dots per inch, dpi)(=70.6 ㎛)으로 분리되어 투하된 42 피코리터(pL) 액적들의 층을 제공할 것이다. 따라서, 단일층의 액적들이 병합되기 때문에, 평균 두께는 액적들의 부피를 2차원 어레이로 각기 할당된 면적으로 나눈 값에 의하여 대표될 수 있다. 이들 액적들의 층의 평균 두께 δ는, 일단 병합되면, 다음의 관계식에 의하여 나타내어짐이 유도된다.
Figure pct00004
(3)
비제한적인 본 실험에서 이 값은 8.4 ㎛으로 결정되었다. 따라서, 예를 들어 일부 실시예들이 d=120 ㎛의 평균 두께를 갖는 층을 디스펜싱할 필요가 있다면 이는 d/δ = 14.3 패스들, 즉 15 패스로 달성될 수 있다. 그러므로, 위에서 설명된 이들 관계들은 약 0.1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 및 이들 사이의 모든 범위들 및 서브범위들을 포함하는 임의의 적절한 두께를 갖는 양자점 물질의 층을 웰 내에 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
노즐들의 열의 길이가 개별 웰 플레이트의 작업 면적의 폭보다 작은 실시예들에 있어서, 프린트 헤드는 래스터(raster) 할 수 있는데, 이는 디스펜싱 시간을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 만일 상기 웰 플레이트가 작업 길이 L 및 폭 W를 갖는다면, 상기 웰들을 원하는 두께까지 채우기 위하여 걸릴 시간은 상기 층의 원하는 평균 두께 및 상기 프린트 헤드 상의 노즐의 열의 길이에 의존할 것이다. 만일 이 길이가 상기 웰 플레이트의 폭보다 더 크거나 같다면, 상기 플레이트 상의 모든 웰들은 동시에 채워질 수 있다. 상기 웰 내의 액체의 전체 평균 두께를 d = 120 ㎛으로 가정하면, 각 노즐은 너비 λ, 길이 L, 및 높이 d의 스트립을 채워야 한다. 따라서, 예를 들면, 그리고 길이 L=100 mm로 가정하면, 각 오리피스에서 배출되어야 하는 액적들의 수 N은 다음과 같이 표시될 수 있다:
Figure pct00005
(4)
위의 실험에서, 오리피스에 의하여 배출되는 액적들의 수는 약 20,200일 것이다. 이러한 액적들 전부를 이송하는 데 걸리는 최소 시간 T는 다음의 관계를 이용한 빈도 f에 의존한다.
Figure pct00006
(5)
이는 상기 비제한적인 실험서 총 2.7초에 달할 것이다. 상기 프린트 헤드가 이동해야 할 속력 S는 액적 간격 λ 및 빈도 f에 다음 관계식을 이용하여 의존한다.
Figure pct00007
(6)
여기서 0.53 m/s의 속도가 계산되었다.
추가적인 실시예들에 있어서, 상기 양자점 함유 물질 또는 잉크의 물리적 성질들도 도 4의 영역 내에서 정의되어야 한다. 예를 들면, 성공적인 잉크젯 프린팅 실험들에서 소액적의 속력들은 6 m/초 내지 8 m/초의 범위였음이 발견되었다. 물에 가까운 액체 밀도(1 gm/mL) 및 통상적으로 사용되는 용매들의 표면 장력 특성들(24 dyne/cm)을 가정하면, 만일 V=7 m/초이고 a = 43 ㎛(42 pL 구면의 지름)라면, We=88로서 상기 동작 윈도우 이내에 있음이 발견되었다. 그러면 적절한 오네조르게 수를 보장함에 의하여 상기 양자점 함유 물질 또는 잉크의 점도가 선택될 수 있다. 예를 들면, 만일 Oh가 대략 0.3이면, 주어진 수들에 대하여 점도의 목표값은 약 9.6 센티포와즈(centiPoise, cP)이다. 상기 양자점 함유 물질 또는 잉크의 물리적 성질들은, 공정 윈도우가 도 4의 영역 이내, 예를 들면, 0.1 내지 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 4 내지 501.6*Oh0.4의 웨버 수를 갖는 공정 동작에 부합하는 한다면, 임의의 수의 범위 내에 있을 수 있기 때문에 이러한 예들과 실험들은 여기에 첨부된 청구항들의 범위를 제한하여서는 아니됨을 주의하여야 한다. 따라서, 여기에 설명된 실시예들은 상기 웰들 내에 퇴적된 물질의 박막들의 UV-경화를 통하여 랜드들 위로 액적들이 스플래쉬되는 것을 최소화하고, 주위에 소액적들이 형성되는 것을 최소화하며, 상기 웰 내의 물질의 크립(creep) 흐름을 최소화하는 양자점 물질에 대한 잉크젯 공정을 제공할 수 있으며, 효율적이고, 제어 가능하며, 반복 가능한 디스펜싱 공정을 제공하여 웰들의 어레이의 각 웰 내에 전체 부피의 정확한 퇴적에 이르게 한다.
상기 양자점 함유 물질을 웰들 내부로 디스펜싱하는 것과는 별개로, 상기 층을 건조 또는 경화에 의하여 고정화하는 것이 필요하다. 일부 실시예들에 있어서, 박막들은 하나 또는 여러 패스들 후에 즉시 경화되는 것이 이로울 수 있다. 이 단계는 정수인 N회 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, N=1이다. 다른 실시예들에 있어서, N은 1보다 크다. 이것은 단일면 경화를 가능하게 할 수 있으며, 경화될 필요가 있는 액체 필름의 두께까지만 UV광이 침투한다. 이러한 모범적인 공정은 필름이 벽들을 따라 타고 오르고(wick) (예를 들면, 위에서 바라보았을 때 오목하게) 불균일해질 때 필름의 흐름을 감소시킬 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 만일 편리한 경우, 퇴적된 물질의 표면에 상이한 거칠기 또는 나아가 줄무늬도 형성될 수 있다(예를 들면, 웰 내의 디스펜싱된 양자점 물질 상에 제공된 패턴의 이미지인 도 5 참조). 도 6은 상이한 퇴적 및 경화 처리들을 거친 세 개의 웰들을 가로지르는 UV-경화된 수지 두께의 프로파일이다. 도 6을 참조하면, 세 개의 상이한 웰들을 가로질러 조면계(profilometer) 스캔을 수행하였다. 상기 퇴적 및 UV-경화 절차는 이들 웰들 각각에 대하여 달랐다. 예를 들면, 오른 쪽의 조면계 스캔으로 나타내어진 웰에서, 잉크젯된 리본들은 리본들에 액체를 디스펜싱한 후 매우 얇은 층들을 UV-경화함으로써 병합되는 것이 허용되지 않았다. 가운데의 조면계 스캔으로 나타내어진 웰에서, 흐름이 완전히 정지된 후에야 경화가 진행되었을 때의 유체 정역학적 프로파일이 도시된다. 마지막으로, 왼쪽의 조면계 스캔으로 나타내어진 웰에서, 디스펜싱된 양자점 물질 위의 임의의 표면 형태들이 평탄화(levelling)되는 것을 허용하도록 퇴적과 경화 사이에 시간을 두면서 여러 사이클의 퇴적 및 UV-경화를 이용하여 필름이 적용되었다. 이것은 웰들 내에서 병합되는 것이 허용되도록 개별 액적들 또는 액적들의 군들 또는 분리된 라인들을 프린팅하고, 그 후 그들을 곧 또는 즉시 UV-경화시킴으로써 달성될 수 있다.
모범적인 실시예들 및 공정들은, 따라서, 별도의 물질들을 네 개까지 디스펜싱함으로써 상기 양자점 수지 물질의 색상 설정점을 "임의로"(on the fly) 변화시키는 능력을 제공한다. 각 물질은 상기 양자점 수지 물질의 성분들 중 하나가 풍부하다. (예를 들면, 적색 양자점들, 녹색 양자점들, 산란제, 매트릭스 수지, 및 이들의 조합들을 포함))
다양한 실시예들에 따르면, 선택적으로 씰링층은 씰링에 앞서 유리 기재의 적어도 일부 또는 무기 기재의 적어도 일부에 적용될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 기재들은 적어도 하나의 캐비티 및 봉지 영역들을 포함할 수 있다. 캐비티들은 예컨대 가압, 식각, 몰딩, 커팅, 또는 다른 임의의 적합한 방법에 의하여 상기 제 1, 제 2, 또는 제 3 기재들 내에 제공될 수 있다. 상기 씰링층은, 만일 존재한다면, 그러한 캐비티의 위에 적용될 수도 있고, 또는 캐비티 주위에 프레임화될 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 양자점 및/또는 적어도 하나의 LED 구성 부품이 상기 캐비티 내에 배치될 수 있다. 선택적인 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 레이저 다이오드가 상기 캐비티 내에 배치될 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 워크피스가 상기 캐비티 내에 배치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기재는 도핑된 무기 기재일 수 있다. 도핑은 예컨대 상기 무기 기재를 형성하는 동안 수행될 수 있으며, 예를 들면, 상기 무기 기재를 형성하기 위하여 사용되는 뱃치 물질들에 적어도 하나의 도펀트 또는 그의 전구체가 첨가될 수 있다. 적합한 도펀트들은, 예를 들면, ZnO, SnO, SnO2, TiO2 등을 포함할 수 있다. 모범적인 도펀트 농도들은, 예를 들면, 약 0.05 wt% 이상 포함할 수 있다(예를 들면, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 wt% 초과 등).
그 후 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면은 접촉될 수 있으며, 선택적으로 씰링 인터페이스를 형성하기 위하여 그 사이에 씰링층이 배치될 수 있다. 이와 같이 접촉된 상기 기재들은 예컨대 적어도 하나의 캐비티 주위에서 씰링될 수 있다. 비제한적인 다양한 실시예들에 따르면, 씰링은 레이저 웰딩에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 레이저는 씰링 인터페이스 위에 또는 씰링 인터페이스로 조준될 수 있으며 그에 의하여 상기 씰링층이 레이저 에너지를 흡수하여 상기 인터페이스를 유리 기재의 Tg 근처의 온도로 가열할 수 있다. 따라서, 상기 씰링층 및/또는 유리 기재의 용융은 상기 제 1 및 제 2 기재들 사이의 본딩을 형성할 수 있다. 선택적으로, 씰링층은 존재하지 않을 수 있으며 제 2 무기 기재가 레이저 에너지를 흡수하여 인터페이스를 유리 기재의 Tg 근처의 온도까지 가열할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 레이저 씰링은 약 25℃ 내지 약 50℃ 또는 약 30℃ 내지 약 40℃와 같이 실온에서 또는 실온 근처에서 수행될 수 있고, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 상기 씰링 인터페이스에서의 가열이 이러한 온도들을 넘어서는온도 증가를 초래할 수 있지만 그러한 가열은 씰링 영역에 국한되기 때문에 장치 내에 봉지되고 열에 민감한 워크 피스들이 손상될 위험은 감소된다.
상기 레이저는 유리 기재 웰딩을 위해 본 기술 분야에서 알려진 임의의 적합한 레이저가 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저는 UV(약 200 nm 내지 약 400 nm), 가시광(약 400 nm 내지 약 700 nm), 또는 적외선(약 700 nm 내지 약 1600 nm) 파장의 광을 방출할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 레이저는 약 350 nm 내지 약 1400 nm, 약 400 nm 내지 약 1000 nm, 약 450 nm 내지 약 750 nm, 약 500 nm 내지 약 700 nm, 또는 약 600 nm 내지 약 650 nm와 같이 약 300 nm 내지 약 1600 nm 범위의 소정의 파장 범위에서 동작할 수 있고, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 레이저는 약 355 nm에서 동작하는 UV 레이저, 약 532 nm에서 동작하는 가시광 레이저, 또는 약 810 nm 또는 다른 임의의 적합한 NIR 파장에서 동작하는 근적외선 레이저일 수 있다. 추가적인 실시예들에 따르면, 상기 레이저 동작 파장은 상기 제 1 유리 기재는 실질적으로 투과하면서 상기 씰링층 및/또는 무기 기재에는 흡수되는 임의의 파장으로 선택될 수 있다. 전형적인 레이저들은 몇 개의 예를 들자면 IR 레이저류, 아르곤 이온빔 레이저류, 헬륨-카드뮴 레이저류, 및 제 3 고조파(third-harmonic) 생성 레이저류를 포함한다.
특정 실시예들에 있어서, 상기 레이저빔은 약 0.5 W 내지 약 40 W, 약 1 W 내지 약 30 W, 약 2 W 내지 약 25 W, 약 3 W 내지 약 20 W, 약 4 W 내지 약 15 W, 약 5 W 내지 약 12 W, 약 6 W 내지 약 10 W, 또는 약 7 W 내지 약 8 W와 같이 약 0.2 W 내지 약 50 W 범위의 평균 출력을 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 상기 레이저는 임의의 주파수로 동작할 수 있으며, 특정 실시예들에서, 펄스화된 방식, 변조된 (준-연속적인) 방식, 또는 연속적인 방식으로 동작할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 레이저는 각 버스트가 복수의 개별 펄스들을 포함하는 버스트 모드(burst mode)로 동작할 수 있다. 비제한적인 일부 실시예들에 있어서, 상기 레이저는 약 5 kHz 내지 약 900 kHz, 약 10 kHz 내지 약 800 kHz, 약 20 kHz 내지 약 700 kHz, 약 30 kHz 내지 약 600 kHz, 약 40 kHz 내지 약 500 kHz, 약 50 kHz 내지 약 400 kHz, 약 60 kHz 내지 약 300 kHz, 약 70 kHz 내지 약 200 kHz, 또는 약 80 kHz 내지 약 100 kHz와 같이 약 1 kHz 내지 약 1 MHz 범위의 반복률(repetition rate)을 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 빔은 씰링 인터페이스를 향하고 씰링 인터페이스에, 씰링 인터페이스 아래에, 또는 씰링 인터페이스의 상부에 포커싱될 수 있다. 비제한적인 일부 실시예들에 있어서, 상기 인터페이스 상에서의 빔 스팟의 지름은 약 1 mm 미만일 수 있다. 예를 들면, 상기 빔 스팟의 지름은 약 400 마이크로미터 이하, 약 300 마이크로미터 이하, 약 200 마이크로미터 이하, 약 100 마이크로미터 이하, 약 50 마이크로미터 이하, 또는 약 20 마이크로미터 이하와 같이 약 500 마이크로미터 미만일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 빔 스팟의 지름은 약 50 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터, 약 75 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터, 또는 약 100 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터와 같이 약 10 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터 범위일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 장치 내의 적어도 하나의 캐비티를 밀폐적으로 밀봉하기 위하여 정사각형, 직사각형, 원, 타원, 또는 다른 임의의 적합한 패턴이나 모양과 같은 임의의 패턴을 생성하기 위해 상기 기재의 씰링은 상기 기재들을 따라 임의의 소정 경로를 이용하여 레이저 빔을 스캐닝 또는 직동시키는(translating) (또는 기재들이 상기 레이저에 대하여 상대적으로 직동될 수 있다) 단계를 포함할 수 있다. 상기 레이저 빔이 (또는 기재가) 인터페이스를 따라 움직이는 직동 속도는 응용에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면, 상기 제 1 기재 및 제 2 기재의 조성, 및/또는 초점 구성 및/또는 레이저 출력, 주파수, 및/또는 파장에 의존할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 레이저는 약 100 mm/s 이상, 약 200 mm/s 이상, 약 300 mm/s 이상, 약 400 mm/s 이상, 약 500 mm/s 이상, 또는 약 600 mm/s 이상과 같이 약 1 mm/s 내지 약 1000 mm/s, 예를 들면, 약 5 mm/s 내지 약 750 mm/s, 약 10 mm/s 내지 약 500 mm/s, 또는 약 50 mm/s 내지 약 250 mm/s 범위의 직동 속도를 가질 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위들 및 서브 범위들을 포함할 수 있다.
여기에 개시된 다양한 실시예들에 따르면, 상기 레이저 파장, 펄스 지속시간, 반복률, 평균 출력, 포커싱 조건들, 및 다른 적절한 파라미터들은 상기 제 1 및 제 2 기재들을 상기 씰링층을 통해 서로 웰딩하기에 충분한 에너지를 생성하도록 변경될 수 있다. 원하는 응용에 대하여 필요한 바에 따라 이들 파라미터들을 변화시키는 것은 본 기술 분야의 통상의 기술자의 능력 내에 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 레이저 플루언스 (또는 세기)는 상기 제 1 및/또는 제 2 기재의 손상 스레숄드 미만이다. 예를 들면, 상기 레이저는 상기 기재들을 서로 웰딩하기에는 충분한 세기를 갖지만 상기 기재들을 손상시킬 정도로는 강하지 않은 조건 하에서 동작한다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 씰링 인터페이스에서의 상기 레이저 빔의 지름과 상기 레이저 빔의 반복률의 곱 이하의 직동 속도로 동작할 수 있다.
다양한 개시된 실시예들은 그 특정한 실시예와 관련하여 기술된 특정한 특징들, 구성 요소들 또는 단계들을 수반할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 또한 특정한 특징, 구성 요소 또는 단계는, 비록 하나의 특정한 실시예와 관련하여 기술되었으나, 다양한 예시되지 않은 조합들 또는 치환들의 대안적인 실시예들과 상호교환되거나 결합될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
또한 본 명세서에 사용된 바와 같이 용어들 "the", "a" 또는 "an"은 "적어도 하나"를 의미하고, 그와 달리 명시적으로 표시되지 않는 한 "오직 하나"에 제한되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, "캐비티"에 대한 언급은 문맥이 달리 명백히 나타내지 않는 한 그러한 "캐비티"를 하나 갖거나 또는 그러한 "캐비티들"을 둘 이상 갖는 실시예들을 포함한다. 유사하게, "복수" 또는 "어레이"는 둘 이상을 표시하는 것이 의도되며, "캐비티들의 어레이" 또는 "복수의 캐비티들"은 둘 이상의 그러한 캐비티들을 가리킨다.
범위들은 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값 및/또는 내지 "약" 다른 특정 값의 형태로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되었을 때, 예들은 상기 특정한 값 및/또는 내지 상기 다른 특정한 값을 포함한다. 유사하게, 값들이 근사치로 표현된 경우, 선행사 "약"의 사용으로써, 상기 특정한 값은 다른 양상을 형성한다는 것이 이해될 것이다. 상기 범위들의 각각의 끝점들은 다른 끝점과 관련하여, 그리고 상기 다른 끝점과 무관하게 의미있다는 것이 더 이해될 것이다.
여기에 표현된 모든 수치들은 "약"을 언급하든 언급하지 않았든, 명시적으로 그렇지 않음을 표시하지 않는 한 "약"을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 그러나, 각 언급된 각 수치는 그 값의 "약"으로서 표현되었는지 여부와 무관하게 정확한 것으로도 고려되어야 함이 더 이해된다. 따라서, "10 mm 미만의 치수" 및 "약 10 mm 미만의 치수"는 모두 "10 mm 미만의 치수" 뿐만 아니라 "약 10 mm 미만의 치수"의 실시예도 포함한다.
달리 명시적으로 언급되지 않는한, 본 명세서에 제시된 어떠한 방법도 그 단계들이 특정 순서로 수행되는 것을 요구하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들에 의해 따라야하는 순서가 실제로 언급되지 않거나 청구항들에 또는 설명들에 상기 단계들이 특정 순서에 제한된다는 것이 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 어떠한 특정한 순서가 암시되도록 의도되지 않는다.
특정한 실시예들의 다양한 특징들, 구성 요소들 또는 단계들이 연결구"포함하는"을 사용하여 개시될 수 있으나, 연결구들 "구성된" 또는 "필수적으로 포함하여 구성된"을 사용하여 기술될 수 있는 것들을 포함하는 대안적인 실시예들이 암시된다는 것이 이해 될 것이다. 따라서, 예를 들어, A+B+C를 포함하는 방법에 대하여 내포된 대안적인 실시예들은 방법이 A+B+C로 구성된 실시예들 및 방법이 A+B+C로 필수적으로 포함하여 구성된 실시예들을 포함한다.
본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 본 개시에 다양한 수정들 및 변경들이 만들어질 수 있다는 것이 당 업계의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시의 사상 및 내용을 포함하는 개시된 실시예들의 수정들, 조합들, 서브조합들 및 변형들이 당업계의 통상의 기술자들에게 일어날 수 있으므로, 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그들의 균등물들의 범위 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 양자점 함유 물질을 웰 내에 디스펜싱하는 방법으로서,
    잉크젯을 이용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계를 포함하고,
    상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 4 내지 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작되는 디스펜싱 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화에 의하여 고정화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 양자점 물질은 수지 내에 포함된 복수의 양자점들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양자점 물질은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 조합들로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    디스펜싱된 상기 양자점 물질의 표면을 조면화하거나 줄무늬(striation)들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  6. 양자점 함유 물질을 웰 내에 디스펜싱하는 방법으로서,
    (a) 잉크젯을 사용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계;
    (b) 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화함으로써 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 고정하는 단계; 및
    (c) 소정 두께의 양자점 물질이 얻어질 때까지 단계 (a) 및 단계 (b)를 정수인 N회 반복하는 단계;
    를 포함하는 디스펜싱 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 약 4 내지 약 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작되는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    N은 1보다 큰 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자점 물질은 수지 내에 포함된 복수의 양자점들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자점 물질은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 조합들로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스펜싱된 상기 양자점 물질의 표면을 조면화하거나 줄무늬(striation)들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 방법.
  12. 씰링된 장치의 제조 방법으로서,
    웰들의 어레이를 갖는 제 1 기재를 제공하는 단계;
    상기 웰들의 어레이 중 하나 이상의 웰들 내에 양자점 함유 물질을 디스펜싱하는 단계;
    상기 웰들의 어레이 중 하나 이상의 웰들을 밀폐적으로 씰링하는 단계; 및
    씰링된 장치를 형성하기 위하여 상기 웰들의 어레이로부터 하나 이상의 웰들을 분리하는 단계;
    를 포함하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 웰들의 어레이를 갖는 제 1 기재를 제공하는 단계는 상기 웰들의 어레이를 형성하기 위하여 상기 제 1 기재를 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    양자점 함유 물질을 디스펜싱하는 단계는:
    (a) 잉크젯을 이용하여 웰 내에 양자점 물질을 디스펜싱하는 단계;
    (b) 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 건조 또는 경화함으로써 디스펜싱된 상기 양자점 물질을 고정하는 단계; 및
    (c) 소정 두께가 얻어질 때까지 단계 (a) 및 단계 (b)를 정수인 N회 반복하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉크젯은 약 0.1 내지 약 1 사이의 오네조르게 (Oh) 수 및 약 4 내지 약 501.6*Oh0.4 사이의 웨버 수를 가지며 조작되는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    N은 1보다 큰 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  17. 제 12 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀폐적으로 씰링하는 단계는:
    씰링 인터페이스를 형성하기 위하여 상기 제 1 기재의 제 2 표면과 제 2 기재의 제 1 표면을 접촉시키는 단계; 및
    상기 제 1 기재 및 상기 제 2 기재 사이에 씰링을 형성하기 위하여 소정 파장으로 동작하는 레이저 빔을 상기 씰링 인터페이스 위로 조사하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자점 물질은 수지 내에 포함된 복수의 양자점들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  19. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자점 물질은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 조합들로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 기재, 상기 제 2 기재, 또는 이들 둘 모두는 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리-보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 및 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리들 중에서 선택된 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    제 3 표면을 포함하고 적어도 하나의 LED 구성 부품을 수용하는 적어도 하나의 캐비티를 갖는 제 3 기재 위에 씰링된 상기 장치를 배치하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 캐비티의 주위에 연장되는 또 다른 씰링을 형성하기 위하여 씰링된 상기 장치를 상기 제 3 기재에 씰링하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    소정 파장의 광을 필터링하기 위하여 하나 이상의 필름들을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 필름들은 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 교대되는 필름들을 포함하는 것을 특징으로 하는 씰링된 장치의 제조 방법.
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